Chiến lược tổng hợp mới có thể gia tốc sự phân hủy PFAS
Các kỹ sư trường đại học Rice đã phát triển một cách tiếp cận dáng tạo để khiến cho các khung hữu cơ hóa trị (COFs), vật liệu đặc biệt thường dùng để bẫy khí, có thể chứa đầy nước và làm gia tốc các phản ứng hóa học. COFs có tiềm năng giải quyết các thách thức về môi trường, bao gồm lưu trữ năng lượng và kiểm soát ô nhiễm. Một ví dụ về việc sử dụng tiềm năng này là giải ô nhiễm ‘các hóa chất vĩnh cửu’, PFAS.
Các kỹ sư hóa học trường đại học Rice như Rafael Verduzco và cộng sự của anh đã miêu tả cách mới để tổng hợp các COFs chất lượng cao ở mức chi phí thấp và với kết quả tốt trong một bài báo xuất bản trên tạp chí ACS Applied Materials and Interfaces. Bài báo này đã được ấn định lên trang bìa của tạp chí.
Công bố đã trình bày một phân tích đầy đủ về các lợi ích và hạn chế của các phương pháp tổng hợp khác nhau cũng như chi tiết về cách tiếp cận linh hoạt, hiệu quả về chi phí để tạo ra COFs. Bài báo này còn bao gồm một nồi hấp kích cỡ micro đa dòng và hiệu chuẩn cẩn thận cả quá trình đầu vào – đầu ra.
“Chúng tôi đã xây dựng một hệ sản xuất liên tục quy mô nhỏ – giống như một công xưởng mi ni trong phạm vi phòng thí nghiệm – nơi các thành phần cho việc tạo ra COFs được trộn và tương tác trong một luồng ổn định thay vì đặt tất cả vào một cái khung lớn”, Safiya Khalil, một nghiên cứu sinh ở Rice và là tác giả đầu của nghiên cứu, nói.
Các nhà nghiên cứu cũng tìm thấy một trong số các COFs được tạo ra qua quá trình tổng hợp các dòng có khả năng phá vỡ PFOA tốt hơn so với những COFs được tạo ra bằng phương pháp khác. PFOA là mộ hợp chất PFAS liên quan đến rủi ro cho sức khỏe con người, bao gồm ung thư và ảnh hưởng đến sự sinh sản.
“Đây là một phát hiện đáng khuyến khích vì tăng thêm bằng chứng ngày một lớn hơn về việc COFs có thể được coi như nhân vật chính trong việc phát triển các công nghệ hiệu quả hơn, sạch hơn để loại bỏ ô nhiễm”, theo Verduzco, giáo sư và phó chủ tịch hội đồng hóa học và kỹ thuật sinh học phân tử tại Rice, đồng thời là tác giả chính của nghiên cứu.
COFs là những polymer kết tinh được tạo ra từ những đơn vị nhỏ, lặp lại có liên kết với nhau thành các cấu trúc giống như những lỗ trống vi mô. Các vật liệu này nổi bật do các không gian bề mặt lớn, rỗng và cấu trúc phân tử có thể điều hướng được – các đặc điểm có thể khai thác để sử dụng trong một phạm vi lớn, bao gồm bán dẫn, cảm biến, phân phối thuốc và lọc. Tuy nhiên, quá trình sản xuất diễn ra chậm chạp và lại đắt đỏ khiến việc sử dụng COFs gặp nhiều giới hạn.
“Chúng tôi hy vọng phương pháp này sẽ khiến cho việc sản xuất COFs dễ dàng hơn về số lượng và giúp gia tốc khám phá những công thức áp dụng mới”, Khalil, một tiến sĩ hóa học và kỹ thuật sinh học phân tử ở Rice, một thành viên trong Phòng thí nghiệm Kỹ thuật Polymer của Verduzco.
Khalil thích phương pháp mới vì nó có thể tạo ra sản phẩm như làm các bánh quy ở quy mô nhỏ hơn là làm cả mẻ lớn. Dẫu không phải lần đầu tiên các lò hấp được sử dụng để tạo ra COFs, nhưng phương pháp của các nhà nghiên cứu ở Rice nổi bật hơn các cách tiếp cận cũ bởi vì nó tích hợp sự tổng hợp liên tục và xử lý hai thứ COF khác nhau, dẫn đến kết quả là các định dạng vĩ mô phong phú.
“Phương pháp này cho phép bạn có những chiếc bánh mới một cách liên tục trong khi vẫn kiểm soát nhiệt độ và kết hợp tại từng bước để đạt được chất lượng tốt mọi lúc”, Khalil nói. “Quá trình này nhanh hơn, sử dụng ít năng lượng hơn và cho phép kiểm soát tốt hơn cho đến sản phẩm cuối cùng”.
Việc tổng hợp COF truyền thống đòi hỏi nhiệt độ cao, áp suất cao và các chất hòa tan hữu cơ độc hại, khiến giới hạn các sản phẩm và sử dụng chúng. Chiến lược tổng hợp theo dòng của các nhà nghiên cứu không chỉ cho phép tạo ra COF nhanh hơn mà còn cho phép tạo ra COFs với độ kết tinh vượt trội.
Việc có thêm bằng chứng về một trong số những COFs tổng hợp mới hiệu quả để phá hủy “các chất hữu cơ vĩnh cửu” cho thấy lợi ích thực tế của phương pháp mới. Quá trình phân hủy này, hay còn gọi là phân rã quang hóa, dưới tác động của ánh sáng và xuất hiện ở nhiệt độ phòng.
“Hãy tưởng tượng các COFs này là những miếng bọt biển hiệu quả được tạo ra bằng ‘kỹ thuật mặt trời’ có thể phá vỡ các hóa chất độc hại nhanh hơn nhiều so với các phương pháp thông thường”, Khalil nói. “Một trong những COFs mà chúng tôi tổng hợp hiệu quả hơn nhiều trong việc phá hủy PFOA hơn là các vật liệu truyền thống như titanium dioxide – một chất xúc tác quang hóa phổ biến thường được dùng để kiểm soát ô nhiễm”.
Thanh Hương tổng hợp
Nguồn: https://phys.org/news/2024-09-synthesis-strategy-pfas-decontamination.html
——————————————-
1. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.4c09577
